Fondamenti di
Informatica
RETI DI COMPUTER
(lucidi)
Prof. De Maio Carmen
[email protected]
Introduzione
I primi tempi dell'informatica furono caratterizzati da centri di
calcolo con grossi computer centrali a cui ogni utente accedeva
direttamente
• Successivamente, a tali sistemi furono connessi terminali
conversazionali, che permisero di decentrare le operazioni di
Input/Output.
• Con
– la miniaturizzazione delle componenti elettroniche,
– l'aumento delle capacità elaborative dei microprocessori
– e il conseguente abbattimento dei prezzi,
• il computer fece la sua apparizione anche sulle scrivanie e iniziò la
fase del personal computing
•
Introduzione
•
La fase successiva vide il collegamento in rete dei computer che
così potevano scambiarsi messaggi e files e condividere banche
dati. Nacque così l'informatica distribuita:
– da un lato i computer erano collegati in rete a un server da cui
potevano prendere applicativi e dati,
– dall'altro erano in grado di effettuare elaborazioni in locale, cioè
al loro interno, perché erano dotati di hw e sw adeguato.
Cos’è una rete
•
Una rete informatica è un insieme di dispositivi (detti di rete)
collegati tra loro tramite sistemi di interconnessione (cablaggio
o wireless).
– Consente di comunicare e condividere informazioni e risorse.
– È possibile ospitarle in una sede singola oppure dislocarle in
vaste aree.
Componenti di una rete
Componenti di una rete sono:
• nodi: un nodo è un qualsiasi dispositivo hardware del sistema, in
grado di comunicare con gli altri dispositivi che fanno parte della
rete;
• collegamenti (links) tra i nodi.
Finalità di una rete
•
•
•
•
facilitare la comunicazione tra gli utenti
– permettendo l'invio di messaggi di posta elettronica e lo
scambio di file;
consentire la condivisione di risorse
– quali dati e programmi, ma anche componenti hardware;
utilizzare razionalmente le risorse (Hw e Sw)
migliorare l'affidabilità del sistema
– in quanto una rete è composta da più computer, che possono
anche eventualmente sostituire le macchine non funzionanti.
Tipologie di rete
I tipi di rete che possiamo utilizzare coprono spazi diversi:
• possiamo utilizzare una semplice rete, collegando un computer a un
portatile;
• collegarci via Internet per comunicare senza limiti di spazio.
ESTENSIONE: Rete Domestica
•
Collegamento punto punto
– connessione diretta tra due nodi senza
passare per un nodo intermedio
•
Struttura centralizzata
– Risorse elaborative condivise HW-SW
– Il computer centrale è chiamato Host
ESTENSIONE: Rete Locale (LAN)
•
reti locali o LAN (Local Area Network):
– connette fisicamente apparecchiature su brevi distanze
• Una LAN è solitamente interna a un edificio o ad edifici
adiacenti.
• Un esempio potrebbe essere una rete di un ufficio o di un
istituto universitario;
– utilizzando cavi dedicati o Wi-Fi
– utilizzando hardware specifico.
ESTENSIONE: Rete Metropolitana (MAN)
•
reti metropolitane o MAN (Metropolitan Area Network): reti, che
coprono l'estensione di un'area urbana.
–
Per esempio:
•
le reti civiche presenti in molte città italiane
•
la connessione di tutti gli elaboratori di una Università
distribuita in diversi plessi è una rete MAN
ESTENSIONE: Rete Geografica (WAN)
•
•
•
Reti geografiche o WAN (Wide Area Nerwork): reti di vaste
dimensioni, che permettono di collegare dispositivi molto distanti
tra di loro.
– Ad esempio la rete GARR, che collega tutte le reti delle
Università italiane;
– la rete ARPANET rete americana per collegare centri di ricerca.
Una WAN particolare è Internet ("rete delle reti")
– in questo caso si uniscono reti di diversa natura (sia dal punto
di vista dell’ hardware che del software).
Una funzione fondamentale la svolgono i cosiddetti protocolli di
comunicazione, che sono un insieme di regole comuni rispettate da
tutti i sistemi che si affacciano sulla rete
Tecnologia di comunicazione: Peer-to-peer
•
In una rete peer-to-peer, o rete punto a punto, tutti i calcolatori
sono collegati da una serie di connessioni dirette (dedicate) tra
di loro.
•
Per passare da una sorgente ad una destinazione, l'informazione
passa attraverso elaboratori intermedi che hanno l'unica funzione di
inoltrare il messaggio
•
Nel suo viaggio, l'informazione può percorrere tragitti alternativi
Tecnologia di comunicazione: Broadcast
•
•
•
Sono costituite da canali condivisi tra tutti i calcolatori,
ognuno dei quali ha un indirizzo distintivo, che è
chiamato indirizzo di rete
Le macchine inviano i messaggi sui canali condivisi
specificando l’indirizzo del destinatario
Il messaggio viene inviato contemporaneamente a tutti gli
host: solo il destinatario legge il messaggio, gli altri lo
ignorano
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RETI DI COMPUTER
I protocolli
(Sez. 9.9)
La rete telefonica ed i computer
•
Le linee di comunicazione usate per connettere i computer di una
rete possono essere
– Dedicate: connettono in modo perenne, i dispositivi di
comunicazione che condividono tali linee
– Commutate: realizzate su un'infrastruttura molto più generale (la
linea telefonica), sulla quale si affacciano moltissimi dispositivi
di comunicazione che usano tali linee solo per periodi limitati
di tempo. Le linee commutate possono essere
• a commutazione di circuito
• a commutazione di pacchetto
Modem
•
•
Su una normale linea telefonica il segnale che viaggia è di tipo
analogico
Il modem converte i dati digitali in segnali analogici e viceversa su
linea telefonica.
Linea a Commutazione di Circuito
•
Nella linea a commutazione di circuito viene a crearsi, per tutta
la durata della comunicazione, un canale tra la sorgente e il
destinatario, che è di uso esclusivo di tale comunicazione
• Per tutta la durata della comunicazione i dati seguono sempre
lo stesso percorso.
• E' tipico delle comunicazioni telefoniche
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Linea a Commutazione di Pacchetto
•
•
•
•
Le linee a commutazione di pacchetto sono utilizzate
contemporaneamente da più utenti.
Il messaggio è scomposto in pacchetti tutti della stessa dimensione
che vengono inviati sulla rete e che possono seguire tragitti
diversi.
È la "logica" della rete che decide quale strada dovrà seguire ogni
singolo pacchetto
A destinazione il messaggio si ricompone
– I dati sono suddivisi in pacchetti, ognuno dei quali può seguire un
percorso diverso.
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– Tipico delle trasmissioni dati
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Linea a Commutazione di Pacchetto
•
•
•
•
Si occupa la linea solo per il tempo strettamente necessario
– quando si telefona, invece, la linea è dedicata alla connessione
Ogni router decide il percorso ottimale per ogni pacchetto.
– Questo percorso può variare da pacchetto a pacchetto di uno
stesso messaggio, perché, nel frattempo, le condizioni di traffico
sulla rete possono essere mutate.
È, però, necessario che tutti i nodi della rete seguano una serie di
regole comuni (i protocolli).
In Internet, i protocolli fondamentali sono TCP e IP
La rete telefonica ed i computer
•
In una LAN le componenti sono fisicamente molto vicina le
une alle altre, per cui sono collegate mediante cavi dedicati
(o in modo wireless, cioè senza cavi)
•
Nelle reti geografiche le componenti sono fisicamente
lontane ed è molto costoso collegarle tramite cavi dedicati,
per cui una WAN utilizza quasi sempre una rete telefonica a
commutazione di pacchetto.
•
Protocolli di comunicazione: Internet
Protocol (IP)
•
•
•
Per utilizzare linee a commutazione di pacchetto bisogna essere in
grado di identificare il singolo dispositivo che si affaccia alla
rete.
In Internet, ogni dispositivo collegato possiede un proprio indirizzo
(detto IP, cioè Internet Protocol) che lo identifica univocamente
– Ciascun dispositivo (router, computer, server di rete, stampanti,
alcuni tipi di telefoni, ...) ha il suo indirizzo
All’interno di un indirizzo IP si distinguono:
– l’indirizzo di rete;
– l’indirizzo dell’host.
Protocolli di comunicazione: Internet
Protocol (IP)
•
Il meccanismo di interpretazione degli indirizzi IP è simile a quello
dei numeri telefonici in cui:
– il prefisso definisce il distretto telefonico;
– il resto identifica l’apparecchio telefonico specifico in quel
quartiere, zona, abitazione, interno
Protocolli di comunicazione: TCP
•
•
•
Il protocollo TCP (Transmission Control Protocol) si occupa
di come “spezzettare” un messaggio in più parti.
Ogni “pacchetto” contiene una porzione di un file, e può
seguire nella rete la strada che vuole.
Il protocollo TCP si occupa anche di ricomporre il messaggio
con l'ordine esatto dei pacchetti, una volta che questi sono
arrivati tutti a destinazione.
Funzionamento del protocollo TCP/IP
•
•
•
•
In partenza, TCP spezzetta il documento in pacchetti
Ogni pacchetto è strutturato in base al protocollo IP
I pacchetti viaggiano su rete, instradati dai vari router
A destinazione TCP ricompone il messaggio assemblando i
vari pacchetti in un unico messaggio
RETI DI COMPUTER
LAN
(Sez. 9.5, 9.6, 9.7)
RETI LOCALI: INTRODUZIONE
•
Un rete locale
– connette apparecchiature in un ambito fisico delimitato (una
stanza o un edificio, o anche più edifici vicini)
– Utilizzando
• cavi dedicati (Doppini telefonici, Cavi coassiali, Fibra
Ottica)
• modalità WIFI
– utilizzando hardware specifico
• schede di rete
• router, apparato in grado di gestire il
traffico
Vantaggi di una LAN
•
Condivisione di archivi e di risorse fisiche tra più utenti che le
vedono come se fossero collegate al proprio computer, con il
vantaggio di
– Limitare il numero delle risorse complessive, quali:
• Dischi fissi, CD-ROM, e altri supporti di memoria
• Stampanti, Plotter, scanner, ecc.
• Interfacce di collegamento verso reti esterne (es.: Internet)
– semplificare gestione e manutenzione del centro.
Vantaggi di una LAN
•
Condivisione di Software (applicazioni di rete)
– Molti software possono essere installati su un unico computer
(spesso il server) e utilizzati dagli altri computer della rete solo
quando realmente servono, Vantaggi:
• Economico. Una licena di rete normalmente costa molto
meno di quanto costa una licenza per ogni postazione
• Facilità di gestione e aggiornamento perché va aggiornata
solo la copia presente sul server, invece che tutte le copie che
altrimenti sarebbe necessario aggiornare su ogni computer
Vantaggi di una LAN
•
•
Affidabilità del sistema
– un guasto a una risorsa (una stampante, ad esempio) non
compromette il funzionamento della rete
– in quanto gli utenti della rete possono utilizzare risorse
alternative (un'altra stampante) presenti in rete.
Lavoro di gruppo; più utenti possono:
– Lavorare sullo stesso documento, apportando correzioni pur
non essendo fisicamente vicini
– Trasmettersi pratiche in formato elettronico
– Utilizzare archivi condivisi
– Scambiarsi informazioni tramite posta elettronica.
– Utilizzare risorse condivise quali calendari o altro.
Accesso alla rete
•
•
Per accedere a una rete, normalmente, un utente deve identificarsi
(effettuare il log-in), inserendo
– Codice-utente (fornito dall’amministratore e immutabile)
– Password (scelto dall’utente e modificabile)
Ogni utente può essere abilitato
– all’accesso a un sottoinsieme delle risorse (internet, stampanti,
dischi, …)
– Ad accedere limitatamente a una particolare risorsa
• può stampare solo un numero massimo di fogli,
• oppure accedere solo in lettura ad alcuni dati
• oppure non essere abilitato ad accedere a internet
Utenti e Amministratori
•
L’amministratore è il gestore della rete. Egli decide
– Chi accede alla rete
– A quali risorse della rete accede ogni utente
– Quale livello di accesso ha il singolo utente relativamente alla
singola risorsa (solo lettura, modifica, …)
•
L’amministratore deve diagnosticare ed eliminare eventuali
problemi del sistema
•
Assistere gli utenti in difficoltà
Componenti fondamentali di una rete
•
•
•
•
nodi: qualsiasi dispositivo hardware in grado di comunicare con gli
altri dispositivi della rete;
– Se il nodo è un elaboratore, esso viene chiamato host
collegamenti (links) tra i nodi, che si realizzano tramite mezzi di
trasmissione dell’informazione:
– Cablaggi, rete telefonica, satelliti, sistemi wireless.
Apparati per il coordinamento, la gestione della rete e
l’instradamento delle informazioni
– Hub (o concentratori), switch, bridge, router;
Dorsale: cavo ad alta velocità al quale si connettono singoli nodi o
hub e che trasporta grandi quantità di dati
Componenti fondamentali di una rete
RETI LOCALI: ARCHITETTURA
•
La topologia (o architettura) di una rete è il modo in cui sono
collegati i nodi fra di loro, che definisce la modalità di trasmissione
dei dati.
•
Una rete può assumere le seguenti topologie
– Client/server
• Anello
• Stella
• Bus
– Paritaria (Peer-to-peer)
Modello di rete CLIENT/SERVER
•
•
Nel Modello Client-Server un computer è il depositario di
tutte le risorse “comuni”
–
Esso è detto Server perché è di servizio agli altri nodi
–
In una rete possono esserci più server
I nodi "utente" della rete sono detti "client" e accedono
al/ai server per usufruire dei loro servizi.
Server
•
•
Un server è un computer al servizio degli altri nodi.
In una rete ci possono essere
– server “dedicati” a vari servizi
• Server di posta elettronica
• gestore dei dati (file server), che gestisce dati e
programmi condivisi, residenti su dischi di rete (NAS)
• Server di stampa per l’accesso coniviso alle stampanti
• Server di comunicazione che gestisce la trasmissione dei
dati nella rete o tra la rete e l’esterno (es. Internet)
– server “generali”, in grado di erogare più servizi.
Topologia ad ANELLO
•
•
•
I nodi sono connessi da un cavo continuo che, dal punto di vista
logico, realizza un cerchio chiuso.
– Ogni nodo è connesso solo con il precedente e con il
successivo.
– I messaggi sono inviati in senso orario lungo il circuito
passando attraverso ciascun nodo
• Topologia attiva: Ogni nodo ritrasmette
il messaggio al nodo successivo,
se non è destinato a sè
Adatta per reti di piccole dimensioni
Sensibile ai guasti: se un computer si guasta
l’anello si “interrompe”
Topologia a STELLA
una topologia a stella
– ogni computer è collegato a un nodo centrale (server)
• tramite un concentratore (hub o switch).
– Tutte le comunicazioni passano per il server e sono gestite da
quest'ultimo;
• Topologia passiva: gli altri nodi non intervengono nel
passaggio dei dati
• Adatta per reti di grandi dimensione
– Ogni nodo può essere un singolo computer,
un concentratore di terminali o un altro
server
– Rientra in questa categoria il collegamento
da punto a punto (point-to-point) in cui
sono collegati solo due nodi.
•
Topologia a STELLA
•
Tra i vantaggi della topologia a Stella ci sono:
– Espandibilità (collegando un altro Hub);
– Controllo centralizzato del traffico sulla rete.
– Resistenza ai guasti
• In caso di guasto di un nodo, solo quel nodo verrà isolato dalla
rete.
•
Tra gli svantaggi della topologia a stella ci sono:
– Elevata quantità di cavi.
– In caso di mancato funzionamento dell’Hub, saranno interrotte
tutte le attività di rete.
Topologia a STELLA: Hub e Switch
•
Il concentratore di una rete a stella può anche essere uno switch, in
alternativa all’hub
– Un Hub inoltra i dati che gli arrivano da un qualsiasi nodo, e
diretti ad un altro nodo, verso tutti gli altri nodi (che scarteranno
i messaggi che non sono diretti a loro)
– Uno switch inoltra selettivamente il messaggio solo al
computer a cui è effettivamente destinato
– Uno switch riduce, quindi, la quantità di traffico su rete.
Topologia a BUS
•
In una topologia a bus, o lineare
– tutti i nodi sono collegati a un unico cavo (dorsale).
– I messaggi sono inviati dal mittente sulla dorsale e vengono
esaminato dagli altri nodi; solo il destinatario preleva il
messaggio, mentre gli altri lo ignorano.
• Topologia passiva: i nodi ascoltano i dati trasmessi sulla rete, ma
non intervengono nel loro spostamento.
• Quando la dorsale è occupata, bisogna attendere che il messaggio
giunga a destinazione prima di inviarne un altro.
Topologia a BUS: Terminatori
•
•
A ciascuna estremità del cavo viene applicato un
componente chiamato terminatore che assorbe i dati che
non giungono a destinazione
che altrimenti continuerebbero a rimbalzare da una
parte all’altra della dorsale all’infinito non permettendo
l’invio di altri dati.
Topologia a BUS
•
Vantaggi
– È il modo più semplice di connettere dei computer.
– In caso di guasto ad un nodo la struttura non ne risente
•
Svantaggi
– Supporta traffico meno elevato della topologia ad anello
– Poiché un solo computer alla volta può inviare dati, maggiore è il
numero di computer connessi alla rete, più saranno i computer
in attesa di trasmettere dati, rallentando le prestazioni
dell’intera rete.
RETI LOCALI: ARCHITETTURA
•
La topologia (o architettura) di una rete è il modo in cui sono
collegati i nodi fra di loro, che definisce la modalità di trasmissione
dei dati.
•
Una rete può assumere le seguenti topologie
– Client/server
• Anello
• Stella
• Bus
– Paritaria (Peer-to-peer)
Modello di rete PEER-TO-PEER
•
•
Tutti i computer sono allo stesso “livello” (non ci sono computer
più importanti, quali i server dedicati)
Ogni computer accede alle risorse presenti su ogni altro
computer e mette a disposizione degli altri computer le sue risorse
(tutte o in parte)
– Ad esempio, mentre sta elaborando un documento, un computer
può soddisfare una richiesta di stampa (sulla propria stampante)
proveniente da un altro computer
RETI LOCALI: IL SISTEMA
•
Per creare una rete sono necessari
– Cavi
– Dispositivi per il collegamento dei nodi
Schede di rete
•
La scheda di rete è detta anche adattatore LAN.
– Crea il ponte tra l’elaboratore e la rete
– Converte i dati del computer in dati per la rete
– Amplifica la potenza del segnale per rendere possibile la trasmissione
attraverso i cavi
Mezzi di trasmissione guidati
•
Mezzi guidati: collegano fisicamente il
trasmettitore al ricevitore. I più usati sono
– il doppino telefonico, è poco costoso, molto
usato, ma lento e con alte percentuali di errore
–
il cavo coassiale, usato per TV via cavo e reti
telefoniche a lunga distanza, dà maggiore
affidabilità
–
le fibre ottiche capaci di trasmettere quantità di
dati molto maggiori, a una velocità e con
un’affidabilità più elevata e per distanze più
lunghe;
Mezzi di trasmissione non guidati
•
Mezzi non guidati: canali di trasmissione che si basano
sull'irradiazione del segnale nello spazio. Qui possono essere
annoverati
– le antenne,
– i satelliti,
– i ripetitori televisivi o per cellulari, ecc.
Mezzi di trasmissione: velocità e qualità
•
Un fattore molto importante da considerare nei mezzi di
trasmissione è la larghezza di banda che misura la portata del
canale (capacità).
– Nei mezzi digitali essa è infatti pari al numero di bit che il
canale è in grado di trasportare nell'unità di tempo;
•
Altri fattori che influiscono sulla velocità e, soprattutto, sulla
qualità dei segnale sono:
– le interferenze tra i segnali
– e il grado di attenuazione del segnale, ovvero il grado di
riduzione dell'intensità dell'energia del segnale.
MEDIA ACCESS CONTROL (MAC)
•
Su un cavo di rete può viaggiare un solo messaggio a volta,
Altrimenti si verificano interferenze.
– A una conferenza stampa quando più persone parlano
contemporaneamente c’è confusione
•
Una LAN ha quindi bisogno di una regola che impedisca la
sovrapposizione dei segnali e che disciplini il traffico
– Si adotta la regola che chi vuole intervenire alza la mano e
aspetta il proprio turno
MEDIA ACCESS CONTROL (MAC)
•
Metodi comuni per disciplinare il traffico di una LAN:
– Ethernet (CSMA/CD)
• Ethernet è la tecnologia più utilizzata per LAN
• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)
è un protocollo di accesso multiplo a una LAN cablata (non
wireless):
– Token ring
Controllo degli accessi Ethernet: CSMA/CD
•
•
•
Un nodo comincia a trasmettere
Se, mentre il primo nodo sta trasmettendo, comincia a
trasmettere un altro nodo, si crea “collisione” ed
entrambi si interrompono
I due nodi inviano nuovamente il messaggio, dopo un
tempo casuale (che varia da nodo a nodo)
Ethernet, Fast Ethernet e Giga Ethernet
•
•
•
Esistono diverse tecnologie Ethernet; le più comuni sono:
Ethernet, Fast Ethernet e Giga Ethernet.
La differenza principale è data dalla velocità alla quale
trasferiscono le informazioni.
– Ethernet funziona a 10 Megabit al secondo (Mbps)
– Fast Ethernet funziona a 100Mbps.
– Giga Ethernet funziona a 1 Gigabit/s
Una rete può essere formata da una o più di queste tecnologie.
Comunicazione nelle reti ad anello: Token
Ring
•
Token Ring (adatto per reti ad anello).
– Il Token (gettone) è un pacchetto di bit che viaggia sull’anello,
e che contiene informazioni di controllo.
– Il token viaggia sino a quando un computer che deve inviare dati
se ne impossessa, lo modifica e lo invia insieme al messaggio.
– Il token così modificato comincia a viaggiare lungo l’anello,
passando da un computer al successivo
– finché non raggiunge il computer di destinazione, che legge il
messaggio,
– e invia sulla rete un token “vuoto” che riprenderà a circolare sulla
rete.
Comunicazione nelle reti ad anello: Token
Ring
•
•
•
Con questa modalità di accesso, i nodi non si contendono
l’uso della rete, ma devono ottenere il permesso di
trasmissione.
Nelle reti Token Ring, a differenza di altre, un computer
malfunzionante viene automaticamente escluso
dall’anello consentendo agli altri di continuare a
funzionare regolarmente in rete.
Nelle reti ad anello che non utilizzano la tecnologia token
ring, un computer che non funziona può provocare la
caduta di tutta la rete.
Comunicazione nelle reti ad anello: Token
Ring
